專利名稱：分集接收機(jī)及其增益調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合用于基于W-CDMA (寬帶碼分多址)的無線電通信 系統(tǒng)的分集(diversity)接收機(jī)及其增益調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
參照圖1，將首先說明在基于W-CDMA的無線電通信系統(tǒng)中使用的 傳統(tǒng)接收機(jī)的配置，該傳統(tǒng)接收機(jī)沒有使用分集接收方案。應(yīng)當(dāng)注意的 是，圖1所示的接收機(jī)具有依據(jù)直接轉(zhuǎn)換方案的配置，該方案將接收到的 射頻(RF)信號直接轉(zhuǎn)換成基帶信號。例如，在日本專利No.3329264、 日本專利No.3479835等中詳細(xì)描述了基于直接轉(zhuǎn)換的接收機(jī)。如圖l所示，在傳統(tǒng)接收機(jī)中，天線1接收到的信號被LNA (低噪聲 放大器)2放大。在帶通濾波器(BPF) 3將處于接收頻帶之外的不需要的 波分量移除之后，正交解調(diào)器4將由LNA 2提供的信號轉(zhuǎn)換成基帶信號。 這里，由于采用了直接轉(zhuǎn)換方案，因此本地振蕩器(OSC) 5產(chǎn)生與所接 收的信號的載頻相同的頻率。正交解調(diào)器4提供兩個基帶信號，即作為與本地信號同相位的分量的 I信號，以及作為與本地信號正交的分量的Q信號。I信號和Q信號被可 變增益放大器(VGA: variable gain amplifier) 6、 7放大，并在處于使用 信道之外的不需要的波分量被低通濾波器(LPF) 8、 9移除之后，被A/D 轉(zhuǎn)換器IO、 ll轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。通常，考慮到電路尺寸和工作速度，這里所用的A/D轉(zhuǎn)換器10、 11 大致為8位。這導(dǎo)致了 A/D轉(zhuǎn)換可用的最大無失真輸入電平和量化噪聲 (quantization noise)之間的大約50dB的差異(動態(tài)范圍)?？紤]到輸入 信號的峰值因子(peak factor)和所需的S/N比率，A/D轉(zhuǎn)換器10、 11無 法利用它們的全部動態(tài)范圍。因此，可變增益放大器6、 7的增益被調(diào)節(jié)
以使得A/D轉(zhuǎn)換器10、 11的輸入電平呈現(xiàn)最優(yōu)值。具體而言，將目標(biāo)設(shè)定為比可以被A/D轉(zhuǎn)換器10、 11轉(zhuǎn)換的最大無失真輸入電平低大約10 dB 的電平(稱為"目標(biāo)電平")，以便調(diào)節(jié)可變增益放大器6、 7的增益。在I信號和Q信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后，從A/D轉(zhuǎn)換器10、 11輸 出的I信號和Q信號被提供給解調(diào)器電路(解調(diào)器)(未示出)以恢復(fù)初 始信號。此外，從A/D轉(zhuǎn)換器10、 11輸出的I信號和Q信號還被提供給 接收電平測量單元(電平計算)12，以依照下列等式(1)來計算各個時 隙(slot)的平均接收電平(功率)P:[等式1]1 《+似等式(1)中I、 Q的下標(biāo)指示經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換的I信號和Q信號的采樣 數(shù)，而K指示時隙的前一個編號。此外，M指示時隙中的采樣數(shù)，而K+1 指示時隙起始點(diǎn)處的采樣數(shù)。"時隙"指的是由W-CDMA方案確定的操 作處理的單位時間。在W-CDMA方案中，是逐個時隙地計算平均接收電 平的，并且可變增益放大器6、 7的增益是基于該值來控制的。由接收電平測量單元12計算得到的平均接收電平P被提供至增益設(shè) 置電路(增益設(shè)置)13。增益設(shè)置電路(增益設(shè)置)13生成與從接收電平 測量單元12接收到的平均接收電平P和目標(biāo)電平之間的差異相對應(yīng)的控 制信號，以設(shè)置可變增益放大器(VGA) 6、 7的增益?？勺冊鲆娣糯笃?6、 7的已知配置包括響應(yīng)于作為控制信號的輸入電壓而改變增益，或者 響應(yīng)于作為控制信號的數(shù)字信號而不連續(xù)地控制增益等。以這種方式，進(jìn) 行反饋控制以優(yōu)化A/D轉(zhuǎn)換器10、 ll的輸入電平。上文說明了在基于W-CDMA的無線電通信系統(tǒng)等中使用傳統(tǒng)接收機(jī) 的配置，其沒有采用分集接收方案。順便提及，基于W-CDMA的無線電通信系統(tǒng)目前所使用的無線電頻 率處于2 GHz的頻帶內(nèi)，并且與PDC (個人數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，Personal Digital Cellular)和其它無線電通信系統(tǒng)所使用的800 MHz頻帶相比，傳 播特性在室內(nèi)等中惡化。因此，為了補(bǔ)償在低電場范圍中被惡化的接收性
能，也已經(jīng)進(jìn)行了對分集接收方案在基于W-CDMA的無線電通信系統(tǒng)中的使用的研究。對于并不是基于利用W-CDMA方案的一般分集接收機(jī)，例如日本專 利早期公開No.2002-141844A中描述了其示例性配置。日本專利早期公開 No.2002-141844A描述了一種未對其使用直接轉(zhuǎn)換方案的分集接收機(jī)，該 分集接收機(jī)通過將射頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，并檢測中頻信號的包絡(luò)來測 量兩個支路(接收機(jī))中的每一個支路的接收功率。當(dāng)分集接收方案被應(yīng)用于基于W-CDMA的無線電通信系統(tǒng)時，如果 通過簡單使用圖l所示的傳統(tǒng)接收機(jī)來按圖2所示地設(shè)計基于分集接收的 接收機(jī)，則將發(fā)生如下所述的問題。圖2示出了具有例如兩個支路(接收機(jī))A、 B的分集接收方案的配 置，其中，圖l所示的電路按原樣被應(yīng)用于支路A和支路B。然而，只有 本地振蕩器被支路A、 B共用。雖然圖2中的各個元件被指定了與圖1中 相似的標(biāo)號，但是，支路A中的標(biāo)號添加了后綴"a"而支路B中的標(biāo)號 添加了后綴"b"用以將它們彼此區(qū)分。在這樣的配置中，在每個支路A、 B中獨(dú)立調(diào)節(jié)可變增益放大器的增 益。其調(diào)節(jié)方法與圖1所示電路所用的調(diào)節(jié)方法完全相似。然而，由于支 路A、 B的平均接收電平不同，因此調(diào)節(jié)各個可變增益放大器的增益以使 得可變增益放大器所屬支路中包括的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平與各目標(biāo)電平 相等。圖3示出了在增益調(diào)節(jié)之后，圖2所示配置中各個支路的可變增益放 大器的輸出電平。在圖3的圖解中，縱軸的單位是分貝(dB)。此外，這 里假定支路A具有低于支路B的平均接收電平。在這種情況下，由于如上 所述在各支路中獨(dú)立調(diào)節(jié)可變增益放大器的增益，結(jié)果使得各個可變增益 放大器的輸出電平收斂至目標(biāo)電平。這里假定支路B具有30 dB的S/N比率(Sb/Nb)。具體地，[等式2]乂在這種情況下，在各個支路的接收輸入端處的噪聲電平相等，并且增益調(diào)節(jié)之后的信號功率Sa、 Sb為H目標(biāo)電平 (3)因此，假定支路A的平均接收電平較低，例如比支路B的平均接收電平低 10dB，則通過下式來計算S/N比率(Sa/Na): [等式3]_氣一^V(4)因此，在增益調(diào)節(jié)之后，支路A的噪聲電平Na比支路B在增益調(diào)節(jié) 之后的噪聲電平Nb大10dB，且當(dāng)以真實(shí)值表示時，呈現(xiàn)出十倍的功率。當(dāng)來自這兩個支路的輸出信號在隨后階段被組合在一個電路中時(未 顯示)，各個信號被同相相加，使得總信號功率S計算如下[等式4]M我+ a/\ , =4X\ 二4X^ (5)對于噪聲，由于支路A和支路B之間不存在相關(guān)性，因此總的噪聲功 率N是這些支路的功率的總和。具體地， [等式5]W = ^+W=10xA^+A^=llxA^ (6)因此，圖2所示的整個電路的S/N比率如下計算 [等式6]_|必4 &x.11見一4.德(7)S/N比率從僅由支路B接收到的信號的S/N比率惡化4.4 dB，支路B呈現(xiàn) 了更高的平均接收電平。以這種方式，當(dāng)提供了圖1所示的兩組電路并逐支路地獨(dú)立地調(diào)節(jié)增 益時，該S/N比率低于從僅由一個支路輸出的接收信號中得到的比率，僅 由一個支路輸出呈現(xiàn)出更高的平均接收信號。另一個缺點(diǎn)在于，用于調(diào)節(jié) 增益的反饋回路的數(shù)目與支路的數(shù)目相同，這導(dǎo)致復(fù)雜的電路配置。 發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供能夠利用簡單的電路配置來降低S/N比率的惡化的分集接收機(jī)，以及提供用于其的增益調(diào)節(jié)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中，測量了各個支路中的接收電平以對 測量結(jié)果進(jìn)行相互比較，從而選擇具有最大接收電平的測量結(jié)果，所述最 大接收電平即最高接收電平。將所有支路的可變增益放大器(包括屬于與 最大接收電平相對應(yīng)的支路的可變增益放大器)的增益調(diào)節(jié)到相同值，從 而將可變增益放大器的輸出電平設(shè)置為預(yù)設(shè)的目標(biāo)電平。因此，與包含兩組圖1所示的電路并且逐支路地獨(dú)立調(diào)節(jié)增益的圖2 所示的配置相比，本發(fā)明的分集接收機(jī)和其增益調(diào)節(jié)方法能夠抑制S/N比 率的惡化，以產(chǎn)生由于采用分集接收方案而得到的效果。另外，由于無需在各個支路中分別包括用于增益調(diào)節(jié)的反饋回路，因 此可以減小電路的尺寸。


圖1是示出了沒有采用分集接收方案的傳統(tǒng)接收機(jī)配置的方框圖。 圖2是示出了在每個支路中采用圖1所示接收機(jī)的分集接收機(jī)的示例 性配置的方框圖。圖3是示出了圖2所示的分集接收機(jī)在經(jīng)增益調(diào)節(jié)之后的各個支路的輸出電平的圖解。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的分集接收機(jī)的示例性配置的方框圖。圖5是示出了圖4所示的分集接收機(jī)在經(jīng)增益調(diào)節(jié)之后的各個支路的輸出電平的圖解。
具體實(shí)施方式
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的分集接收機(jī)的示例性配置的方框圖，而圖 5是顯示了圖4所示的分集接收機(jī)在經(jīng)增益調(diào)節(jié)之后的各個支路的輸出電 平的圖解。在圖4中，與圖2所示的傳統(tǒng)接收機(jī)中的元件相似的元件被指 定與圖2中相似的標(biāo)號。
本發(fā)明的分集接收機(jī)適合用于具有寬動態(tài)范圍的接收電平的無線電通信系統(tǒng)，例如W-CDMA方案，其需要精細(xì)調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益，以進(jìn)行最佳且穩(wěn)定的接收。如圖4所示，這個實(shí)施例的接收機(jī)是包含支路(支路)A、 B，以及由 支路A、 B共用的本地振蕩器5和增益設(shè)置電路13的分集接收機(jī)。這個實(shí)施例的分集接收機(jī)的配置與圖2所示配置的不同之處在于其 包含用于接收各個支路(支路)A、 B的平均接收功率P的電平選擇器電 路(電平選擇)14，以便選擇提供給增益設(shè)置電路(增益設(shè)置)13的最高 平均接收功率P (最大接收電平)。在這個實(shí)施例的分集接收機(jī)中，依照 這個電平選擇器電路(電平選擇)14所選定的最大接收電平來分別調(diào)節(jié)支 路A、 B的增益。更具體而言，基于接收電平測量單元12a、 12b的計算結(jié)果來進(jìn)行調(diào) 節(jié)，以使得將包括在呈現(xiàn)出較高平均接收電平的支路中的A/D轉(zhuǎn)換器的輸 入電平設(shè)置為目標(biāo)電平。換而言之，依照來自增益設(shè)置電路(增益設(shè)置) 13的輸出信號，呈現(xiàn)出較低平均接收電平的支路也被設(shè)置為與呈現(xiàn)出較高 平均接收電平P的支路相同的增益。因此，在本實(shí)施例的配置中，各支路之間的輸出信號電平的差異等于各支路接收到的信號之間的電平的差異。另一方面，對于噪聲電平，由于 信號在具有相同增益的相同配置中通過支路A和支路B，因此各支路呈現(xiàn)出基本上相同的電平。圖5的圖解示出了在圖4所示的配置經(jīng)增益調(diào)節(jié)之后，支路A、 B的 各個可變增益放大器6a、 6b、 7a、 7b的 俞出電平。在圖5中，縱軸的單位 是分貝(dB)。這里假定支路A所接收的信號電平低于支路B所接收的信號電平。 具體地，假定支路B的S/N比率Sb/Nb = 30dB，支路A的電平支路B-10dB，以及支路A的S/N比率Sa/Na = Sb/Nb - 10 dB =20 dB在這個實(shí)施例中，調(diào)節(jié)增益以使得將支路B的輸出電平設(shè)置為目標(biāo)電平，如圖5所示。在這種情況下，由于支路A、 B的增益和電路配置相同，因此噪聲功 率Na等于Nb。[等式7]<formula>formula see original document page 10</formula>(8)另一方面，通過下式來計算支路A的信號功率Sa和支路B的信號功Sb:[等式8][等式9](9)(10)<formula>formula see original document page 10</formula>將它們彼此同相位地合并以計算總的信號功萄[等式io] 2此外，因為支路之間不存在相關(guān)性，所以總的噪聲功率N是噪聲功率Nb 的兩倍，因此總噪聲功率N計算如下 [等式11]W《+ =2xA^ (12) 根據(jù)上述，圖4所示的整體電路的S/N比率計算如下 [等式12]<formula>formula see original document page 10</formula>=29.德(13)因此，S/N比率僅比僅在支路B中接收的信號惡化大約0.6 dB，僅在 支路B中接收的信號呈現(xiàn)出更高的平均接收電平。盡管上面以包含兩個支路(接收機(jī))的配置為例描述了本發(fā)明的分集 接收機(jī)，然而支路的數(shù)目不限于兩個，而是可以等于或者大于兩個。在這 種情況下，電平選擇器電路(電平選擇)14可以接收由多個接收電平測量 單元(電平計算)計算得到的各個支路的平均接收電平P，以選擇并輸出 在它們中呈現(xiàn)出最高平均接收電平(最大接收電平)的測量結(jié)果。在這種 情況下，增益設(shè)置電路(增益設(shè)置)13基于該最大接收電平來將所有可變
增益放大器的增益設(shè)置為相同。根據(jù)本發(fā)明的分集接收機(jī)，對各支路中的接收電平的測量結(jié)果進(jìn)行比 較以選擇指示作為最高接收電平的最大接收電平的測量結(jié)果，并將所有可 變增益放大器(包括屬于與最大接收電平相對應(yīng)的支路的可變增益放大 器)調(diào)節(jié)至相同增益，以使得將屬于該支路的可變增益放大器的輸出電平 設(shè)置為預(yù)設(shè)的目標(biāo)電平。因此，與圖2所示的包含兩組圖l所示電路的配 置相比，防止了 S/N比率的惡化，并逐支路地獨(dú)立地對增益進(jìn)行調(diào)節(jié)，從 而產(chǎn)生由于采用分集接收方案而得到的效果。另外，由于無需在各個支路 中分別包括用于增益調(diào)節(jié)的反饋回路，因此可以減小電路的尺度。在基于W-CDMA的無線電通信系統(tǒng)中，如上文所述是逐時隙地執(zhí)行 信號處理的。因此，也可以基于各個時隙中的平均接收功率值來控制可變 增益放大器的增益。這里， 一個時隙中的增益為常數(shù)，而在前的處理結(jié)果 (平均接收功率)反應(yīng)在下一個時隙中，以基于最大接收電平來將所有的 可變增益放大器的增益設(shè)置為相同。換而言之，由于包含本實(shí)施例的分集 接收機(jī)的移動終端設(shè)備包含存儲元素(時隙)，因此，即使通信被干擾也 可以利用在前的時隙中的處理結(jié)果。例如，在等待狀態(tài)中(斷斷續(xù)續(xù)的接 收)或者當(dāng)沒有可用分組時，可以參考在前時隙中的處理結(jié)果來進(jìn)行包括 增益調(diào)節(jié)在內(nèi)的多種控制。在圖4所示的配置中，諸如位于A/D轉(zhuǎn)換器10a、 10b、 lla、 lib之 后的階段的組合電路和解調(diào)器電路(未顯示)之類的電路，接收電平測量 單元12，電平選擇器電路14等可以包含在一個集成電路設(shè)備中。在這種 情況下，該集成電路只需要向外部(增益設(shè)置電路13)輸出三個信號，即 選通信號、數(shù)據(jù)和時鐘。另一方面，在圖2所示的配置中，從集成電路設(shè)備向外部(增益設(shè)置 電路13)輸出兩倍那么多的信號。近期的移動終端設(shè)備在增加安裝區(qū)域的 尺寸方面經(jīng)歷了極大的困難。如果分集接收方案的使用導(dǎo)致接收機(jī)具有更 多數(shù)目的組件，并因此導(dǎo)致集成電路設(shè)備中終端數(shù)目的增加(這將需要更 大的安裝區(qū)域)，則該集成電路設(shè)備可能無法被安裝在移動終端設(shè)備中。 因此，如果可以限制終端數(shù)目的增加，甚至限制到三個，則像本發(fā)明中的
電路尺寸的減小將產(chǎn)生顯著的效果。
權(quán)利要求
1.一種分集接收機(jī)，該分集接收機(jī)包含多個支路，所述支路中的每個支路都包含直接轉(zhuǎn)換型接收機(jī)，所述分集接收機(jī)包含多個可變增益放大器，可以對所述可變增益放大器的增益進(jìn)行控制，用于放大各個所述支路的接收信號；多個接收電平測量電路，所述接收電平測量電路用于測量各個所述支路中的接收電平以提供測量結(jié)果；接收電平選擇器電路，所述接收電平選擇器電路用于對各個所述支路中接收電平的測量結(jié)果進(jìn)行比較，以選擇并提供作為最高接收電平的最大接收電平的測量結(jié)果；以及增益設(shè)置電路，所述增益設(shè)置電路用于將所有支路的所述可變增益放大器調(diào)節(jié)至相同增益，以使得將所述可變增益放大器的輸出電平設(shè)置為預(yù)設(shè)的預(yù)定值，所述所有支路的可變增益放大器包括屬于與所述最大接收電平相對應(yīng)的支路的可變增益放大器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的分集接收機(jī)，其中所述接收電平測量電路逐時隙地計算所述接收電平的平均功率，所述 時隙指示預(yù)設(shè)的預(yù)定時間間隔，以提供計算所得的平均功率作為所述接收 電平的測量結(jié)果，并且所述接收電平選擇器電路確定各個所述時隙的最大接收電平，并基于 所述最大接收電平將所有的所述可變增益放大器的增益設(shè)置為相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的分集接收機(jī)，其中所述接收電平測量電路和 所述接收電平選擇器電路包含在一個集成電路設(shè)備中。
4. 一種用于分集接收機(jī)的增益調(diào)節(jié)方法，所述分集接收機(jī)包含多個支 路，所述支路中的每個支路都包括直接轉(zhuǎn)換型接收機(jī)，所述每個支路包含 多個可變增益放大器，可以對所述可變增益放大器的增益進(jìn)行控制，所述 方法包括測量各個所述支路的接收電平以提供各個測量結(jié)果； 對所述各個支路中的接收電平的測量結(jié)果進(jìn)行相互比較，以選擇作為 最高接收電平的最大接收電平的測量結(jié)果；以及將所有的所述支路的可變增益放大器的增益調(diào)節(jié)至相同，以使得將所 述可變增益放大器的輸出電平設(shè)置為預(yù)設(shè)的預(yù)定值，所述所有支路的可變 增益放大器包括屬于與最大接收電平相對應(yīng)的支路的可變增益放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的用于分集接收機(jī)的增益調(diào)節(jié)方法，包含 計算各個時隙的接收電平的平均功率作為所述接收電平的測量的結(jié)果，所述時隙是預(yù)設(shè)的時間間隔；以及確定各個所述時隙的最大接收電平，并基于所述最大接收電平來將所有的所述可變增益放大器的增益設(shè)置為相同。
全文摘要
測量各個支路中的接收電平，以對測量結(jié)果進(jìn)行相互比較，從而選擇作為最高接收電平的最大接收電平的測量結(jié)果。將所有支路的可變增益放大器(6、7)的增益調(diào)節(jié)至相同值，以使得將可變增益放大器(6、7)的輸出電平設(shè)置為預(yù)設(shè)的目標(biāo)電平，所述所有支路的可變增益放大器包括與最大接收電平相對應(yīng)的支路所包含的可變增益放大器(6、7)。
文檔編號H04B7/08GK101133567SQ20068000701
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者市原正貴 申請人:日本電氣株式會社