專利名稱：傳輸系統(tǒng)中的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于擴(kuò)大數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)中信號(hào)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍，也就是用于提高接收機(jī)能力以正確再生不同強(qiáng)度信號(hào)的一種方法和裝置。
背景技術(shù)：
在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間信號(hào)，例如語音信號(hào)的傳輸中，為了正確再生信號(hào)，接收機(jī)需要一定的動(dòng)態(tài)范圍，接收機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度變化可能很大，較寬的動(dòng)態(tài)范圍更有利于接收機(jī)中的信號(hào)再生。例如，美國專利第5,276,685號(hào)給出了一種方法，調(diào)整進(jìn)入接收機(jī)信號(hào)的強(qiáng)度以適應(yīng)接收機(jī)接收信號(hào)的能力，即所謂的自動(dòng)增益控制。當(dāng)接收機(jī)收到信號(hào)的強(qiáng)度高于接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍上限值時(shí)，信號(hào)被衰減。當(dāng)接收機(jī)收到信號(hào)的強(qiáng)度低于接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍下限值時(shí)，信號(hào)被放大。美國專利給出的這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于除了接收機(jī)中通常有的裝置之外，還需要這種復(fù)雜裝置。這一附加裝置增加了成本。當(dāng)接收信號(hào)強(qiáng)度變化很劇烈時(shí)也會(huì)產(chǎn)生問題。美國專利第4,893,316號(hào)給出了另一種擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的方法，該專利描述了高頻振動(dòng)。通過高頻振動(dòng)只是把已知噪聲用在過于微弱、無法檢測(cè)的信號(hào)上。信號(hào)和這種噪聲疊加。放大整個(gè)信號(hào)并濾除已知噪聲就能檢測(cè)出原信號(hào)。高頻振動(dòng)的缺點(diǎn)是需要高頻振動(dòng)發(fā)生器和消除器之類的裝置，這也要增加成本。增加量化電平數(shù)和使用13比特模/數(shù)變換器代替12比特變換器也能擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。增加比特?cái)?shù)能得到更多量化電平，這使得正確再生信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍增大。但是，具有這種擴(kuò)大特性的模/數(shù)變換器也增加了成本，而且實(shí)現(xiàn)比較困難。
本發(fā)明概述數(shù)字系統(tǒng)的信號(hào)接收機(jī)接收一個(gè)模擬信號(hào)，該信號(hào)首先要經(jīng)過某個(gè)模擬信號(hào)處理階段。然后該信號(hào)被數(shù)字化以便能分離出信號(hào)中的數(shù)字信息。與動(dòng)態(tài)范圍有關(guān)的問題是通過允許在模擬信號(hào)處理階段把動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大到正常極限值之上來解決的。然后在數(shù)字化過程中限制信號(hào)幅度。這一數(shù)字化信號(hào)中包含有如果在模擬信號(hào)處理階段限幅可能會(huì)丟失的幅度信息。本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
本發(fā)明的首要目標(biāo)是即使信號(hào)強(qiáng)度超出極限值，也能從信號(hào)中獲取幅度信息。
另一目標(biāo)是當(dāng)發(fā)送信號(hào)遇到嚴(yán)重干擾時(shí)，改善信息傳輸性能。
還有一個(gè)目標(biāo)是增強(qiáng)接收機(jī)內(nèi)置均衡器的信號(hào)處理能力。
上述模擬信號(hào)處理過程包括根據(jù)擴(kuò)大后的動(dòng)態(tài)范圍限制接收信號(hào)幅度和通過低通濾波器對(duì)信號(hào)濾波。當(dāng)信號(hào)傳輸在高載頻上進(jìn)行時(shí)，信號(hào)處理過程之前要將接收的高頻信號(hào)與一個(gè)合成頻率混頻以得到一個(gè)中頻信號(hào)。低通濾波信號(hào)加到模/數(shù)變換器上，并使其過載(overext ended)。在模/數(shù)變換器之后信號(hào)被降頻以得到一個(gè)分成實(shí)部和虛部的基帶信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)都被限幅，它們包含有要被發(fā)送的數(shù)字信息。盡管模/數(shù)變換器過載使幅度受限，實(shí)信號(hào)和虛信號(hào)仍共同包含有一定的幅度信息，它高達(dá)與模擬幅度極限對(duì)應(yīng)的幅度值。但模/數(shù)變換器過載會(huì)產(chǎn)生數(shù)字諧波和相位誤差，盡管相位誤差對(duì)信號(hào)后續(xù)處理的影響較小。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是即使信號(hào)幅度受限，仍能從接收信號(hào)中得到一定的幅度信息。
另一優(yōu)點(diǎn)是可以使用現(xiàn)有的信號(hào)接收機(jī)，而不需要作復(fù)雜的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)接收機(jī)。
圖例簡(jiǎn)述

圖1表示一個(gè)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的傳輸系統(tǒng)方框圖。
圖2a和2b是表示接收機(jī)中接收信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)強(qiáng)度曲線。
圖3是說明GMSK調(diào)制原理的I/Q圖。
圖4是表示當(dāng)接收機(jī)位于發(fā)射機(jī)附近時(shí)接收信號(hào)幅度的幅度曲線。
圖5是表示GMSK解調(diào)原理的I/Q圖。
圖6是表示過調(diào)制接收機(jī)時(shí)相位誤差的相位圖。
圖7是表示接收機(jī)過載時(shí)出現(xiàn)的不同頻率分量的頻譜圖。
圖8是說明本發(fā)明裝置的方框圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)現(xiàn)方式圖1是在GSM型移動(dòng)電話系統(tǒng)(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))中一個(gè)傳輸系統(tǒng)TS的框圖。在所述實(shí)施例中，傳輸系統(tǒng)TS包括公共地面移動(dòng)網(wǎng)PLMN基站中的發(fā)射機(jī)TX和移動(dòng)站MS中的接收機(jī)RX。在該例中，發(fā)射機(jī)位于基站內(nèi)，接收機(jī)位于移動(dòng)站內(nèi)，不過反過來也是可行的。圖1中只標(biāo)出了本發(fā)明必需的那些部分，該圖并不打算詳細(xì)說明傳輸系統(tǒng)TS。內(nèi)置于話機(jī)的麥克風(fēng)MC與公共地面移動(dòng)網(wǎng)PLMN中的初級(jí)模/數(shù)變換器1相連。初級(jí)模/數(shù)變換器1與基站發(fā)射機(jī)TX中的編碼器2相連。在所述例子中，編碼器2包括一個(gè)信道編碼器和一個(gè)交織器。也可以進(jìn)行其它類型的編碼，例如語音編碼和加密。后面將更詳細(xì)地說明編碼器2，它主要用于產(chǎn)生一個(gè)冗余信號(hào)，也就是一個(gè)從發(fā)射機(jī)TX到接收機(jī)RX發(fā)送時(shí)并比原始信號(hào)抗干擾能力更強(qiáng)的信號(hào)。編碼器2與調(diào)制器3相連，后者由輸入信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)具有連接選定載波頻率的相位調(diào)制的模擬載波波形。調(diào)制器3與發(fā)射機(jī)放大器4相連，后者與發(fā)射機(jī)天線5相連。移動(dòng)站MS中的接收機(jī)RX包括一個(gè)與接收機(jī)放大器7相連的接收機(jī)天線6。
接收機(jī)放大器7包括一個(gè)信號(hào)放大器AMPL，它調(diào)整信號(hào)強(qiáng)度使之適合后面的部件，并補(bǔ)償功率損失。接收機(jī)放大器7和解調(diào)器8相連。解調(diào)器8包括一個(gè)混頻器MIX，它從由發(fā)射機(jī)TX和接收機(jī)RX之間的空中接口接收的信息中分離出指定頻率的信號(hào)?；祛l器MIX與限制輸入信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)限幅器LIMIT相連。信號(hào)限幅器LIMIT與模/數(shù)變換器ADC相連，它將分離出的信號(hào)由模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。模/數(shù)變換器ADC與正交分割器I/Q相連。模/數(shù)變換器ADC和正交分割器I/Q的功能對(duì)于本發(fā)明的原理來說極為重要，將在后面作進(jìn)一步詳細(xì)說明。解調(diào)器8與解碼器9相連。解碼器9與移動(dòng)站MS中的數(shù)/模變換器10相連。數(shù)/模變換器10與揚(yáng)聲器LS相連。
圖2a中的縱坐標(biāo)代表信號(hào)強(qiáng)度[SS]，它用與參考電平1mW[dBm]對(duì)應(yīng)的分貝表示，橫坐標(biāo)代表距離[L]i米[m]。距離L＝0米對(duì)應(yīng)基站的位置。實(shí)功率曲線FS對(duì)應(yīng)由發(fā)射機(jī)TX發(fā)射并在接收機(jī)RX中接收的信號(hào)強(qiáng)度。因此當(dāng)移動(dòng)站位于基站附近時(shí)信號(hào)強(qiáng)度最大，隨著移動(dòng)站到基站距離的增加強(qiáng)度逐漸變?nèi)?。后面將?duì)圖2a作更詳細(xì)的說明。
與圖2a類似，圖2b的縱坐標(biāo)代表信號(hào)強(qiáng)度[SS]，它用與參考電平1mW[dBm]對(duì)應(yīng)的分貝表示，橫坐標(biāo)代表距離[L]i米[m]。距離L＝0米對(duì)應(yīng)基站的位置。實(shí)功率曲線JS1對(duì)應(yīng)由移動(dòng)站MS收到的信號(hào)經(jīng)接收機(jī)放大器7處理后在模/數(shù)變換器ADC中的強(qiáng)度。后面將對(duì)圖2b作更詳細(xì)的描述。
下面將說明在語音信息傳輸中進(jìn)行的信號(hào)處理，其中當(dāng)語音信息由麥克風(fēng)MC經(jīng)過無線發(fā)射機(jī)TX和無線接收機(jī)RX送到揚(yáng)聲器LS的過程中，所描述的信號(hào)處理與現(xiàn)有技術(shù)完全一致。然后將描述一種與本發(fā)明對(duì)應(yīng)的在接收機(jī)中處理信號(hào)的方法。對(duì)本發(fā)明的關(guān)鍵步驟將會(huì)著重進(jìn)行說明并詳細(xì)解釋本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的效果。
在語音信息傳輸中的信號(hào)處理方法，包括以下步驟-來自用戶的聲音信號(hào)A在麥克風(fēng)MC中轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)B。
-在公共地面移動(dòng)網(wǎng)PLMN中，模擬信號(hào)B轉(zhuǎn)變成脈碼調(diào)制信號(hào)，即所謂的PCM信號(hào)C。PCM信號(hào)C通過PCM鏈路送到基站的發(fā)射機(jī)TX。該信號(hào)以64Kbit/s的速率傳輸。
-PCM信號(hào)C在發(fā)射機(jī)TX的編碼器2中被編碼。如前所述，編碼器2包括一個(gè)信道編碼器和一個(gè)交織器?？梢院?jiǎn)單地提一下，信道編碼器加倍了PCM信號(hào)中的信息以在發(fā)射信號(hào)中得到。這種冗余能夠使在從發(fā)射機(jī)TX到接收機(jī)RX的傳輸中出現(xiàn)的錯(cuò)誤更容易被檢測(cè)出來。如果在傳輸中單個(gè)比特的值發(fā)生改變，冗余傳輸能夠更容易地再生原始信號(hào)。交織器對(duì)比特進(jìn)行分配，從而使經(jīng)過交織器之前相互連續(xù)的比特在交織器中成為彼此獨(dú)立和分散的。發(fā)射機(jī)TX和接收機(jī)RX之間的空中接口經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生突發(fā)脈沖。通過借助交織器分散信息可以防止相關(guān)信息完全丟失。對(duì)應(yīng)本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，信道編碼器和交織器的功能是眾所周知，因此將不作更詳細(xì)的解釋。編碼器2產(chǎn)生數(shù)字基帶信號(hào)D。經(jīng)過信道編碼和交織后，在從發(fā)射機(jī)TX到接收機(jī)RX的傳輸中，該基帶信號(hào)比原始的PCM信號(hào)C抗干擾能力更強(qiáng)。
-基帶信號(hào)D被送往調(diào)制器3，在那兒轉(zhuǎn)變成模擬調(diào)相載波波形E。這種調(diào)制是根據(jù)GMSK方法(高斯最小相移鍵控)實(shí)現(xiàn)的，它是一種帶寬相對(duì)較窄的調(diào)制方法。簡(jiǎn)單地說，與GMSK方法對(duì)應(yīng)的調(diào)制是令基帶信號(hào)D中的比特代表生成的載波波形E的某一特定相位。圖3借助I/Q圖說明當(dāng)調(diào)制器從基帶信號(hào)D中收到一個(gè)新的比特時(shí)，載波波形E的相位如何從第一相位P1變化到第二相位P2。GMSK調(diào)制是通信領(lǐng)域經(jīng)常使用的一種調(diào)制技術(shù)，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是很熟悉的。這樣，載波波形E的相位根據(jù)基帶信號(hào)D中包含的信息變化。載波波形E的幅度恒定，根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)選擇的載頻也是恒定的，在本例中選擇為900.2MHz。
-根據(jù)GSM系統(tǒng)指標(biāo)中的預(yù)定值確定最大接收信號(hào)強(qiáng)度。在所述例子中，如圖2a所示，最大信號(hào)強(qiáng)度SS是-15dBM。
-載波波形E被送到發(fā)射機(jī)放大器4，轉(zhuǎn)變成無線信號(hào)F，然后通過發(fā)射天線5以所選信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射。
-在系統(tǒng)要求中指定了信號(hào)在接收機(jī)中處理之后的最低可接受信號(hào)質(zhì)量。系統(tǒng)要求在GSM標(biāo)準(zhǔn)中指定。
-選擇模/數(shù)變換器ADC的參考電壓。這一選擇根據(jù)進(jìn)入模/數(shù)變換器的信號(hào)最大和最小幅度之間所需間隔進(jìn)行。在所述實(shí)施例中，接收信號(hào)的最大幅度對(duì)應(yīng)+1伏。在50歐姆時(shí)，+1伏對(duì)應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度SS＝+30(dBM)＝+10dBM。
在圖2b中+10dBM的信號(hào)強(qiáng)度用模/數(shù)變換器ADC的上限值OG表示。
-選擇模/數(shù)變換器ADC的量化電平數(shù)。在所述實(shí)施例中，量化電平數(shù)是4095，因?yàn)檫x擇的模/數(shù)變換器是12比特位的。這一選擇根據(jù)模/數(shù)變換器ADC所需動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行。
-無線信號(hào)F通過接收機(jī)天線6接收并被從天線6送到接收機(jī)放大器7。收到的整個(gè)無線信號(hào)除了來自發(fā)射機(jī)TX的900.2MHz頻率之外，還包括一組其它頻率。這一無線信號(hào)F在信號(hào)放大器AMPL中被放大。因?yàn)镚SM標(biāo)準(zhǔn)中最大信號(hào)強(qiáng)度SS是-40dBM，為了達(dá)到模/數(shù)變換器ADC+10dBM的所選上限值OG，要求有50dB的放大倍數(shù)(-40dBM加50dB＝+10dBM)。所以把放大倍數(shù)調(diào)整到50dB，從而使無線信號(hào)放大后不超過前面提到的所選模/數(shù)變換器ADC的上限0G。經(jīng)過接收機(jī)放大器7的放大之后，如果要不使模/數(shù)變換器過載，最大信號(hào)強(qiáng)度必須低于上限值DG。整個(gè)放大后的接收信號(hào)F被稱作前端信號(hào)G。
-前端信號(hào)G被從接收機(jī)放大器7送到解調(diào)器8中的混頻器MIX。如前所述，前端信號(hào)G包括除來自發(fā)射機(jī)TX，即900.2MHz之外的其它頻率。通過將前端信號(hào)G與所謂的825.2MHz合成頻率SYNTH混頻可以得到所需要的第一級(jí)中頻75MHz(中頻75MHz對(duì)應(yīng)900.2-825.2)。選擇合成頻率STNTH，因而得到75MHz中頻的原因是接收機(jī)RX中的濾波器對(duì)應(yīng)第一級(jí)中頻H為75MHz。對(duì)于通信領(lǐng)域的專業(yè)人員來說混頻器MIX的功能是很熟悉，因此將不作詳細(xì)描述。
-第一級(jí)中頻H從混頻器MIX被送到信號(hào)限幅器LIMIT。信號(hào)限幅器LIMIT阻止強(qiáng)度大于-40dBM的RX信號(hào)進(jìn)一步在接收機(jī)中傳輸，圖2表明根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)移動(dòng)站位于基站附近、信號(hào)強(qiáng)度超過-40dBM時(shí)，接收信號(hào)被限幅。信號(hào)限幅產(chǎn)生的多余頻率分量在信號(hào)限幅器LIMIT中被濾除。信號(hào)限幅器LIMIT中經(jīng)過限幅和濾波的信號(hào)被稱作限幅中頻J。限幅中頻J的信號(hào)強(qiáng)度SS如圖2b中的實(shí)功率曲線JS1所示。如前所述，基站的位置在圖2b中由縱坐標(biāo)代表。實(shí)功率曲線JS1的上半部分表示當(dāng)移動(dòng)站MS位于基站附近時(shí)限幅中頻的信號(hào)強(qiáng)度。隨距離L遞減的信號(hào)強(qiáng)度代表移動(dòng)站離開基站而去時(shí)模/數(shù)變換器ADC輸入端的信號(hào)強(qiáng)度。如果移動(dòng)站位于L＝L0和L＝L2之間，所選模/數(shù)變換器ADC能夠把限幅中頻由模擬形式轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式。當(dāng)移動(dòng)站位于L＝L0和L＝L1之間時(shí)，天線接收的信號(hào)強(qiáng)度大于-40dBM，模/數(shù)變換器收到的是最大信號(hào)強(qiáng)度，MXS。然后最大信號(hào)強(qiáng)度MXS在模/數(shù)變換器中再生為最高量化電平，也就是說模/數(shù)變換器中的12個(gè)比特顯示量化電平#4095。當(dāng)移動(dòng)站位于距離(長(zhǎng)度)L＝L2時(shí)，最小可接收信號(hào)強(qiáng)度可以在模/數(shù)變換器中再生，這個(gè)信號(hào)強(qiáng)度就對(duì)應(yīng)一個(gè)所謂的下限值UG。下限值UG處的信號(hào)強(qiáng)度在模/數(shù)變換器中再生為最低量化電平，也就是說模/數(shù)變換器中的12個(gè)比特顯示量化電平#0。圖4是一個(gè)幅度圖，其中限幅中頻J的幅度作為時(shí)間函數(shù)如實(shí)幅度曲線JA1所示。幅度曲線JA1表示當(dāng)中頻的信號(hào)強(qiáng)度在最大信號(hào)強(qiáng)度附近，也就是移動(dòng)站位于基站附近時(shí)中頻J的幅度。圖4所示幅度圖中的縱坐標(biāo)代表以伏[V]為單位的幅度[A]，橫坐標(biāo)代表以秒[S]為單位的時(shí)間[t]。實(shí)幅度曲線JA1表示中頻J能夠在模/數(shù)變換器ADC中再生的部分。因?yàn)楦鶕?jù)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)模/數(shù)變換器收到最大信號(hào)強(qiáng)度MXS時(shí)不能超過模/數(shù)變換器ADC的上限值OG，位于最大信號(hào)強(qiáng)度MXS附近的中頻J能夠完全在模/數(shù)變換器中再生。因此正如后面將從圖4中看到的那樣，中頻J再生時(shí)不會(huì)由于模/數(shù)變換器ADC的過載特性被削去幅度峰值。經(jīng)過模/數(shù)變換器ADC處理后的限幅中頻被稱作第一級(jí)數(shù)字化中頻，即所謂的數(shù)字頻率K。
-如圖1所示，數(shù)字頻率K由模/數(shù)變換器ADC被送往正交分割器I/Q。數(shù)字化信號(hào)K包括位于數(shù)字中頻兩邊的一組頻率分量。當(dāng)中頻降低到零頻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生折疊效應(yīng)，也就是說那些理論上位于負(fù)頻域中的頻率分量沿零軸對(duì)折后，實(shí)際上與正頻域中的頻率分量重疊。將合成頻率分量與一個(gè)正弦信號(hào)混頻，可以得到信號(hào)的實(shí)部。將合成頻率分量與一個(gè)余弦信號(hào)混頻，可以得到信號(hào)的虛部。合成頻率分量與正弦信號(hào)混頻得到的信號(hào)被稱作I分量，合成頻率分量與余弦信號(hào)混頻得到的信號(hào)被稱作Q分量。得到的兩種信號(hào)分量可以用如圖5所示的I/Q圖表示。圖5用第一條實(shí)曲線I1表示I分量，其值從I軸上讀取，用第二條實(shí)曲線Q1表示Q分量，其值從Q軸上讀取。令兩個(gè)分量一起構(gòu)成矢量V1，通過讀取矢量V1的幅度就能再生原始基帶信號(hào)的包絡(luò)，也就是基帶信號(hào)在每個(gè)周期中的最大幅度。在后面的處理步驟中，解碼器里的均衡器用到了該包絡(luò)。根據(jù)前面參考圖3描述的GMSK原理，矢量V1的相位偏移FI1用來再生原始基帶信號(hào)中的比特信息。特定的瞬時(shí)相位偏移FI1對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)中一個(gè)比特間隔的特定值。因此理想情況下正交分割器I/Q能夠從數(shù)字頻率K中再生出在前面過程中進(jìn)入發(fā)射機(jī)TX內(nèi)調(diào)制器3的原始基帶信號(hào)D。再生基帶信號(hào)被稱作合成基帶信號(hào)L。前面簡(jiǎn)單提到的正交分割對(duì)于無線通信領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是很熟悉，因此不作詳細(xì)描述。
-合成基帶信號(hào)L由解調(diào)器8中的正交分割器I/Q被送到解碼器9。解碼器從合成基帶信號(hào)L中再生出前面過程中進(jìn)入編碼器2的PCM信號(hào)C。合成基帶信號(hào)L在前面提到的解碼器9的均衡器中處理。前面借助圖5I/Q圖說明過的包絡(luò)在均衡器中用來分離來自發(fā)射機(jī)TX并由接收機(jī)直接收到的無線信號(hào)F中的信號(hào)分量和直到反射后才由接收機(jī)收到無線信號(hào)F中的信號(hào)分量。經(jīng)過信道解碼、解交織和均衡處理后的再生PCM信號(hào)被稱作合成PCM信號(hào)M。
-合成PCM信號(hào)M由解碼器9被送到數(shù)/模變換器10。數(shù)/模變換器從PCM信號(hào)中再生出前面過程中到達(dá)模/數(shù)變換器1的模擬信號(hào)B。這個(gè)再生信號(hào)被稱作合成模擬信號(hào)N。
-合成模擬信號(hào)N由數(shù)/模變換器10被送到揚(yáng)聲器LS。前面過程中進(jìn)入麥克風(fēng)的語音信號(hào)A在揚(yáng)聲器LS中再生。再生語音信號(hào)被稱作合成語音信號(hào)O。
下面將描述本發(fā)明擴(kuò)大信號(hào)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的方法。前面所述有關(guān)發(fā)射機(jī)的那些步驟與實(shí)施本發(fā)明時(shí)執(zhí)行的步驟相同。實(shí)施本發(fā)明時(shí)信號(hào)在接收機(jī)RX中被改變。這種改變將參考圖2、4和5加以說明。為了簡(jiǎn)化描述，在描述中為信號(hào)指定的名稱和代號(hào)以及圖1所示參考符號(hào)將與前面所用的保持一致。另外，當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時(shí)，按以前名稱命名的信號(hào)，其內(nèi)容將被改變。這種改變?cè)趫D2b、4和5中用各種曲線上的虛線信號(hào)表示。
因此，本發(fā)明的方法只與接收機(jī)RX有關(guān)，它包括以下步驟-確定最低可接受信號(hào)質(zhì)量，選擇模/數(shù)變換器參考電壓和量化電平數(shù)的過程與前面的描述相同。
-通過接收機(jī)天線6接收無線信號(hào)F，并將其從天線6送到接收機(jī)放大器7。
信號(hào)放大器AMPL接收整個(gè)無線接收信號(hào)F。和前面一樣該信號(hào)被放大到50dB。
-前端信號(hào)G由接收機(jī)放大器7被送到解調(diào)器8中的混頻器MIX。如前面所述，第一級(jí)中頻信號(hào)H通過把前端信號(hào)G降頻得到。
-第一級(jí)中頻信號(hào)H由混頻器MIX被送到接收機(jī)放大器7中的信號(hào)限幅器LIMIT。根據(jù)本發(fā)明，信號(hào)限幅器阻止信號(hào)強(qiáng)度大于-37dBM的信號(hào)在接收機(jī)RX中進(jìn)一步傳輸。這樣信號(hào)強(qiáng)度高出前面允許信號(hào)強(qiáng)度3dB的信號(hào)就可以通過。圖2a表示當(dāng)移動(dòng)站位于基站附近；在本實(shí)施例中對(duì)應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度超出-37dBM時(shí)，接收信號(hào)被限幅。因此，得到的額外信號(hào)強(qiáng)度可以在均衡器用于計(jì)算信號(hào)包絡(luò)。均衡器中接收信號(hào)強(qiáng)度大于-40dBM的概率是很高的，尤其是在復(fù)雜的傳輸環(huán)境中。信號(hào)強(qiáng)度提高顯然將導(dǎo)致模/數(shù)變換器過載，盡管如此，得到的信息仍然足夠滿足性能要求。
下文中將很明顯地看出這一點(diǎn)。這種信號(hào)限幅產(chǎn)生的多余頻率分量就在信號(hào)限幅器LIMIT中被濾除。限幅中頻J的信號(hào)強(qiáng)度SS如圖2b虛線功率曲線JS2所示。虛線功率曲線JS2表示移動(dòng)站MS位于基站附近時(shí)限幅中頻J的信號(hào)強(qiáng)度。
當(dāng)移動(dòng)站位于L＝L0和L＝L1之間時(shí)，由于前面所述模/數(shù)變換器ADC上限值OG被超出時(shí)變換器過載，模/數(shù)變換器中的信號(hào)將會(huì)失真。但是從后面的描述顯然將能看出，在數(shù)字系統(tǒng)中可以克服這種失真的影響。圖4用幅度曲線JA2表示限幅中頻J的幅度，由于降低了對(duì)無線信號(hào)F的限制，該幅度高于前面如幅度曲線JA1所示的幅度。幅度曲線JA2表示當(dāng)移動(dòng)站位于L＝L0附近時(shí)中頻J的幅度。幅度曲線JA2的虛線部分JA21表示模/數(shù)變換器ADC中能夠再生的中頻J的電平。由于接收到最大中頻信號(hào)強(qiáng)度時(shí)超出了模/數(shù)變換器ADC的上限值OG，因此不能在模/數(shù)變換器中正確地再生中頻J。由于模/數(shù)變換器ADC過載使得峰值幅度值被削去，所以信號(hào)產(chǎn)生失真。這種“限幅”從圖4中的虛線部分JA21可以很明顯地看出。
-數(shù)字頻率K，也就是在模/數(shù)變換器中處理后的限幅中頻J由模/數(shù)變換器ADC被送到正交分割器I/Q。得到的兩個(gè)信號(hào)分量由圖5所示的I/Q圖表示。圖5中第一條虛曲線I2表示根據(jù)本發(fā)明對(duì)I分量的限幅，第二條虛曲線Q2表示Q分量限幅。圖5所示兩個(gè)分量一起構(gòu)成虛線矢量V2。因?yàn)閮蓚€(gè)分量由來自模/數(shù)變換器中失真的數(shù)字頻率K形成，兩個(gè)分量的峰值幅度被削去。這意味著矢量V2有時(shí)要比由非失真中頻生成的矢量短。圖5中第三個(gè)矢量V3的長(zhǎng)度代表接收信號(hào)在矢量V3相關(guān)相位上時(shí)的包絡(luò)值。第四個(gè)矢量V4的長(zhǎng)度代表接收信號(hào)在矢量V4相關(guān)相位上時(shí)的包絡(luò)值。當(dāng)收到的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)-37dBM時(shí)第三個(gè)矢量V3的包絡(luò)值與模/數(shù)變換器沒有過載時(shí)是一樣的，也就是說所示包絡(luò)值正確。當(dāng)收到的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)-37dBM時(shí)，第四個(gè)矢量V4的包絡(luò)值與模/數(shù)變換器過載最大時(shí)相同，也就是說給出的包絡(luò)值誤差最大。通過比較可以看出，在最先描述的典型實(shí)施例中，如果接收信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)-40dBM時(shí)模/數(shù)變換器沒有過載，其幅度恒定并在圖5中打點(diǎn)的內(nèi)圓EV上移動(dòng)。通過使模/數(shù)變換器ADC過載，可以在接收信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)-37dBM時(shí)得到某些幅度信息。盡管這些幅度信息并不完全，但它要好于模/數(shù)變換器不過載，也就是接收信號(hào)強(qiáng)度限制在-40dBM時(shí)能得到的幅度信息。正如前面所說，矢量V1的相位偏移FI2用于再生原始基帶信號(hào)D的比特信息。特定的瞬時(shí)相位偏移FI2對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)中一個(gè)比特間隔的特定值。因?yàn)槭噶縑2比前面提到的由非失真中頻生成的矢量V1短，除了前面提到的幅度受限外，還會(huì)產(chǎn)生相位誤差FIE。這一相位誤差已在圖5中表示出來?？梢愿鶕?jù)以下公式計(jì)算相位誤差FIE＝FI1-FI2＝FI1-90+arctan(X*cosFI1)。式中X對(duì)應(yīng)使模/數(shù)變換器過載的過載系數(shù)。在數(shù)字系統(tǒng)，例如GSM系統(tǒng)中，有一個(gè)最大相位誤差容限在GSM系統(tǒng)中，1.4倍的過載系數(shù)將產(chǎn)生6度的相位誤差FIE。在該系統(tǒng)中，與6度對(duì)應(yīng)的相位誤差是可以接受的。如果相位誤差FIE小于誤差容限，正確再生的比特信息量將會(huì)很高。
使用1.4倍的過載系數(shù)，信號(hào)質(zhì)量也會(huì)很高，因?yàn)橹C波的干擾還不致于在信號(hào)檢測(cè)中帶來麻煩。諧波效應(yīng)將在結(jié)合圖7的描述中進(jìn)一步加以說明。
圖6說明當(dāng)模/數(shù)變換器以與3dB對(duì)應(yīng)的系數(shù)1.4過載時(shí)作為相位偏移函數(shù)在GSM系統(tǒng)中測(cè)得的相位誤差值。橫坐標(biāo)表示以度為單位的相位偏移FI，縱坐標(biāo)表示也是以度為單位的相位誤差FIE。在所有可能的相位偏移(0°-360°)中，圖中只表示了一個(gè)部分(45°-90°)。圖6表示在所選過載上GSM系統(tǒng)中出現(xiàn)的最大相位誤差與6度對(duì)應(yīng)。在GSM系統(tǒng)中，6度的相位誤差是可以接受的。不過，平均誤差值要低得多。這使得模/數(shù)變換器的動(dòng)態(tài)范圍有效地?cái)U(kuò)大了3dB，并且不會(huì)對(duì)系統(tǒng)用戶方產(chǎn)生干擾。
圖7表示在頻率域內(nèi)測(cè)量信號(hào)時(shí)圖4所示限幅幅度曲線JA2的頻率分布。橫坐標(biāo)M表示頻率縱坐標(biāo)Z表示以dB為單位的信號(hào)強(qiáng)度。數(shù)字頻率K的基頻由第一頻帶S1表示。在模/數(shù)變換器ADC中限幅后產(chǎn)生的諧波由電平比基頻低的離散頻帶S2表示。所謂的背景噪聲在圖7中用陰影區(qū)域S3表示。如果在S1的功率和背景噪聲S3以及諧波S3的功率之間能保持某個(gè)特定的比例dZ，接收的基頻就是可用的。
總而言之，本發(fā)明擴(kuò)大了接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。盡管把動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大3dB時(shí)得到了某些信息，這些信息并不完全。當(dāng)接收機(jī)所處地域極不利于接收時(shí)，擴(kuò)大范圍后得到的包絡(luò)信息可以用于均衡器。
圖8說明接收機(jī)RX中的發(fā)明裝置100。該裝置包括信號(hào)限幅器LIMIT，與信號(hào)限幅器LIMIT相連的模/數(shù)變換器ADC以及和模/數(shù)變換器相連的檢測(cè)器。裝置100通過混頻器MIX和信號(hào)放大器AMPL和接收無線信號(hào)(F)的接收機(jī)天線6相連。圖中還表示了一個(gè)與混頻器MIX相連的合成頻率發(fā)生器SG。信號(hào)限幅器LIMIT包括一個(gè)低通濾波器LP，其功能是濾除信號(hào)限幅器中產(chǎn)生的那些諧波。模/數(shù)變換器動(dòng)態(tài)范圍的上限對(duì)應(yīng)前面提到的上限值OG。檢測(cè)器包括正交分割器I/Q和解碼器9。正交分割器I/Q包括重建信號(hào)以使它能夠在解碼器9中被處理的裝置，解碼器9中可以檢測(cè)信號(hào)質(zhì)量。
信號(hào)限幅器LIMIT包括對(duì)經(jīng)過信號(hào)放大器AMPL和混頻器MIX處理的無線信號(hào)F限幅的裝置。在這方面，信號(hào)限幅器LIMIT對(duì)信號(hào)限幅以使得上限值0G將被超過，這樣在檢測(cè)器中檢測(cè)到的信號(hào)質(zhì)量也將超過某一最小可接受極限值。
應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明并不局限于上面描述和說明的典型實(shí)施例，可以在本發(fā)明范圍之內(nèi)進(jìn)行改動(dòng)。例如無線信號(hào)可以由移動(dòng)站發(fā)送，在基站接收，另外本發(fā)明可以應(yīng)用于除上述GSM系統(tǒng)之外的其它系統(tǒng)。因此本發(fā)明并不局限于所描述和說明的實(shí)施例，因?yàn)榭梢栽谙旅鏅?quán)利要求的范圍之內(nèi)進(jìn)行改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.在一個(gè)數(shù)字無線傳輸系統(tǒng)(TS)中擴(kuò)大接收機(jī)(RX)動(dòng)態(tài)范圍的方法，其中接收機(jī)(RX)接收來自發(fā)射機(jī)(TX)的無線信號(hào)(F)，并包括一個(gè)模/數(shù)變換器(ADC)，其特征在于，這種方法包括以下步驟-選擇模/數(shù)變換器(ADC)動(dòng)態(tài)范圍的上限(OG)；-確定用于接收機(jī)(RX)中無線信號(hào)處理的最低可接受信號(hào)質(zhì)量；-使模/數(shù)變換器過載以超過上限值(OG)；-生成模/數(shù)變換器下行信號(hào)質(zhì)量值；-比較生成的信號(hào)質(zhì)量值和最低可接受信號(hào)質(zhì)量；及-限制模/數(shù)變換器過載范圍，使得模/數(shù)變換器過載時(shí)最低可接受信號(hào)質(zhì)量能被超過。
2.按照權(quán)利要求1的在數(shù)字無線傳輸系統(tǒng)(TS)中擴(kuò)大接收機(jī)(RX)動(dòng)態(tài)范圍的方法，其特征在于，接收機(jī)包括一個(gè)與模/數(shù)變換器(ADC)相連的信號(hào)限幅器(LIMIT)，其特征在于，該方法包括以下步驟-在這個(gè)信號(hào)限幅器(LIMIT)中對(duì)進(jìn)入它的信號(hào)限幅，使信號(hào)強(qiáng)度能超過模/數(shù)變換器上限值(OG)；-在該限幅器(LIMIT)中借助低通濾波器(LP)對(duì)由信號(hào)限幅器(LIMIT)限幅的信號(hào)進(jìn)行濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2在數(shù)字無線傳輸系統(tǒng)(TS)中擴(kuò)大接收機(jī)(RX)動(dòng)態(tài)范圍的方法，其中接收機(jī)包括一個(gè)與模/數(shù)變換器(ADC)相連的正交分割器(I/Q)以及與正交分割器(I/Q)相連的解碼器(9)，其中該方法還包括以下步驟-降低進(jìn)入正交分割器(I/Q)信號(hào)的頻率以得到一個(gè)所謂的基帶信號(hào)；-令基帶信號(hào)部分與正弦信號(hào)混頻，部分與余弦信號(hào)混頻以便能在解碼器(9)中分解該信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3在數(shù)字無線傳輸系統(tǒng)(TS)中擴(kuò)大接收機(jī)(RX)動(dòng)態(tài)范圍的方法，其中該方法還包括使模/數(shù)變換器過載以超過上限值(OG)1.4倍的步驟。
5.在數(shù)字無線傳輸系統(tǒng)(TS)中擴(kuò)大接收機(jī)(RX)動(dòng)態(tài)范圍的裝置(100)，其中裝置(100)包括信號(hào)限幅器(LIMIT)，與限幅器相連、并且其動(dòng)態(tài)范圍上限在上限值(OG)處的模/數(shù)變換器(ADC)，以及與模/數(shù)變換器(ADC)相連的檢測(cè)器(I/Q，9)，還包括用于檢測(cè)經(jīng)模/數(shù)變換器處理后信號(hào)質(zhì)量的裝置，其中，信號(hào)限幅器(LIMIT)包括限制輸入信號(hào)幅度的裝置，使得它所傳送信號(hào)的強(qiáng)度將能超過所述上限值(OG)，并在信號(hào)限幅器(LIMIT)傳送的信號(hào)強(qiáng)度超過上限值(OG)時(shí)，使檢測(cè)器(I/Q，9)檢測(cè)到的信號(hào)質(zhì)量超過指定的最低可接受信號(hào)質(zhì)量。
全文摘要
在一個(gè)數(shù)字無線傳輸系統(tǒng)(TS)中擴(kuò)大接收機(jī)(RX)動(dòng)態(tài)范圍的方法，其中接收器(RX)接收發(fā)射機(jī)(TX)發(fā)送的無線信號(hào)(F)，并包括一個(gè)模/數(shù)變換器(ADC)，這種方法包括以下步驟選擇模/數(shù)變換器(ADC)動(dòng)態(tài)范圍的上限(OG)；確定用于接收機(jī)(RX)中無線信號(hào)處理的最低可接受信號(hào)質(zhì)量；使模/數(shù)變換器過載以超過上限值(OG)；生成模/數(shù)變換器下行信號(hào)質(zhì)量值；比較生成的信號(hào)質(zhì)量值和最低可接受信號(hào)質(zhì)量；限制過載范圍使得模/數(shù)變換器過載時(shí)最低可接受信號(hào)質(zhì)量能被超過。
文檔編號(hào)H03G3/20GK1159869SQ9519548
公開日1997年9月17日 申請(qǐng)日期1995年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月3日
發(fā)明者P·J·?？寺〉? P·L·梅蘭德 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司