專利名稱：多副天線的檢測和選擇方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，尤其涉及利用多副天線檢測和選擇衛(wèi)星通信信號。
背景技術：
各種多址通信系統(tǒng)和技術已被開發(fā)，用于在大量的系統(tǒng)用戶之間傳送信息。然而，擴展頻譜調(diào)制技術，例如在碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中使用的技術與其它調(diào)制技術相比具有顯著的優(yōu)點，尤其是例如當為大量的通信系統(tǒng)用戶提供服務時。在于1990年2月13日發(fā)布的、名稱為“利用衛(wèi)星或地面中繼站的擴展頻譜多址通信系統(tǒng)”的美國專利No.4,901,307和名稱為“在擴展頻譜通信系統(tǒng)中跟蹤各接收相位時間和能量而使用全頻譜傳送功率的方法和裝置”的美國專利申請No.08/368,570中揭示了這些技術，這兩專利或?qū)＠暾埗家艳D(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，緩引于此，以作參考。
上述專利揭示了多址通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，大量的一般移動用戶或遠程系統(tǒng)用戶每個都至少使用一個收發(fā)機與其它相連系統(tǒng)(例如公共電話交換網(wǎng))的其它系統(tǒng)用戶進行通信。收發(fā)機也稱為用戶終端，它可以通過匯接局和衛(wèi)星，或者地面站(有時也稱為蜂窩站)或其它中繼中端進行通信。
基站覆蓋這些區(qū)域(有時也稱為蜂窩區(qū))，而衛(wèi)星在地球表面上有照射區(qū)(即衛(wèi)星天線波束射到地面的覆蓋區(qū))。在這兩系統(tǒng)之一中，通過扇區(qū)化，或子劃分被覆蓋的地理區(qū)域，可以實現(xiàn)容量的增益。在基站利用定向天線可以把蜂窩區(qū)分割成“扇區(qū)”。同樣，利用聚束天線系統(tǒng)可以把衛(wèi)星照射區(qū)在地理上分割成“束”。這些子分割覆蓋區(qū)域的技術可以被看作利用相對天線方向性或空間分割多路復用來產(chǎn)生隔離。此外，如果有可用的帶寬，則這些子分割每個(扇區(qū)或束)都可以被通道化。通道化這些子分割的一種方法是利用頻分多路復用(FDM)來分配多個CDMA信道。在衛(wèi)星系統(tǒng)中，每個CDMA信道被稱為“子束”，因為每“束”有若干這樣的子束。
在使用CDMA的通信系統(tǒng)中，各鏈路用來向或從匯接局或基站傳送或接收通信信號。正向鏈路與匯接局或基站發(fā)出的、發(fā)送給系統(tǒng)用戶的通信信號有關。反向鏈路與用戶終端發(fā)出的、發(fā)送給匯接局或基站的通信信號有關。
在擴展頻譜通信系統(tǒng)的一種類型中，為了作為通信信號發(fā)送，在調(diào)制到載波上之前，用一個或多個預選的偽隨機噪聲(PN)碼序列在預定的特定帶上調(diào)制或“擴展”用戶信息信號。PN擴展，一種在已有技術中已知的擴展頻譜發(fā)送的方法，產(chǎn)生的發(fā)送信號其帶寬比數(shù)據(jù)信號大得多。在基站或匯接局至用戶終端的通信鏈路中，用PN擴展碼或二進制序列來區(qū)分不同基站發(fā)送的或在不同束上發(fā)送的信號。這些碼一般由指定蜂窩區(qū)或子束中的所有通信信號共享。
可以用一對偽隨機(PN)碼序列調(diào)制或“擴展”信息信號。一般地，用一個PN碼序列來調(diào)制同相(I)信道，而用另一個PN碼序列來調(diào)制正交相(Q)信道。該PN調(diào)制或編碼在用載波信號調(diào)制信息信號并作為通信信號發(fā)送之前進行。PN擴展碼也稱為短PN碼，因為與通信系統(tǒng)使用的其它PN碼相比，它們較“短”。
設計這種多址通信系統(tǒng)的共同目的是實現(xiàn)最大可能的用戶容量，也就是說，能使最大可能的用戶數(shù)量同時接入系統(tǒng)。系統(tǒng)容量可以受到幾個因素的限制，例如，用戶碼數(shù)量和可用的CDMA信道。然而，擴展頻譜系統(tǒng)是“功率受限的”，即受到所有用戶可以允許的全部功率量的限制，以避免出現(xiàn)不能接受的干擾，通常，這是維持向限制系統(tǒng)容量最大的系統(tǒng)用戶正向通信的所需要的功率量。如果僅維持這些鏈路中的一些所需要的功率量足夠大，則在更多的用戶可用的碼或頻率數(shù)量被用完之前，也消耗了全部功率的分配。
因此，通常，必須使“連接”每個用戶或維持它們的正向鏈路所需要的功率最小，以留出功率用于其它用戶，增加系統(tǒng)容量。這可以通過為每個用戶增加天線增益G對接收機噪聲溫度T的比率G/T來實現(xiàn)。該比率或每個用戶的天線增益越高，則用戶鏈接所需要的功率就越小。當每個用戶天線的增益較高時，則維持正向鏈路所需要的功率量就顯著降低，功率可以用于其它用戶。
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，其它設計目的是跟蹤或獲取和同時與多個衛(wèi)星進行通信。該目的之后的一個原因是希望利用信號分集改進接收。另一個原因是以較短的時間周期實現(xiàn)與該范圍內(nèi)的或看得見的衛(wèi)星的通信。實現(xiàn)這些目的的一個常用方案是優(yōu)化天線設計。
這樣一種設計優(yōu)化是使用較大的、可控定向天線。另一種設計優(yōu)化是組合多副天線的信號，形成可控波束。這些方案的一個缺點是這些天線的制造和綜合都很復雜和昂貴。
另一種這樣的設計優(yōu)化是使用多副天線，諸如“拼接”或螺旋天線單元，每副天線都覆蓋不同的空中扇區(qū)。也就是說，每副天線具有的輻射圖形被優(yōu)化成覆蓋指定的天空區(qū)域或衛(wèi)星星座軌道圖形區(qū)域。這將增加每副天線的定向性，并增加每副天線的增益或G/T。這種方案的顯著優(yōu)點是可以使用價廉的天線。不幸的是，用于多副廉價天線的主要障礙是難以從這些天線中檢測和選擇適當?shù)男盘枴?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種從多副天線中檢測和選擇衛(wèi)星通信信號的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，系統(tǒng)包括兩個信號路徑，每個信號路徑耦合到一副獨立的天線上，還包括組合兩個路徑來的信號的組合器，由信號處理器進行處理。兩個路徑中至少一個路徑包括一個信號延時單元。信號處理器可以根據(jù)信號延時單元產(chǎn)生的信號延時區(qū)分在天線之一上從源處接收到的信號和在另一副天線上從源處接收到的信號。
每個信號路徑包括可變衰減器，選擇性地把每個信號路徑耦合到信號處理器上。信號處理器確定沿這些信號路徑接收到的信號的質(zhì)量，并把與信號質(zhì)量有關的數(shù)據(jù)提供給控制處理器?？刂铺幚砥鞑倏v衰減器把信號質(zhì)量最高的信號路徑耦合到信號處理器和其它處理單元上。
根據(jù)本發(fā)明，最初把信號路徑之一耦合到多個天線之一上，并對該信號路徑的衰減器加上一預定的最小衰減，把數(shù)據(jù)傳送給信號處理器。該路徑稱為“數(shù)據(jù)路徑”。其它信號路徑稱為“搜索路徑”用于檢查余下的每副天線，以確定是否從那些天線中的一個接收到比當前連接到數(shù)據(jù)路徑上的天線更好的信號質(zhì)量。
為了檢查特定天線，通過一預定的延時，利用開關機構(gòu)把它耦合到信號處理器上。該延時與輸出到處理器的天線串聯(lián)設置，該處理器與天線、輸出相鄰或沿著信號路徑該延時，可以使處理器區(qū)分數(shù)據(jù)和搜索路徑。然后信號處理器確定沿搜索路徑接收到的信號的質(zhì)量。
較佳的切換處理可利用設置在搜索路徑上的衰減器，加上一預定的最大的衰減來實現(xiàn)，從而有效地把搜索路徑與信號處理器分開。然后利用開關機構(gòu)把搜索路徑耦合到特定的天線上，例如利用電子開關或可開關的放大器級。減小搜索路徑衰減器的衰減，直到搜索路徑和數(shù)據(jù)路徑的噪聲功率電平基本一致。然后信號處理器確定沿搜索路徑接收到的信號的質(zhì)量。
對每副天線重復這種處理。當一些或全部天線都已被檢查，如果搜索路徑發(fā)現(xiàn)的最高質(zhì)量信號超過了數(shù)據(jù)路徑上的信號的質(zhì)量，則交換搜索路徑和數(shù)據(jù)路徑的角色。在一個實施例中，加到數(shù)據(jù)路徑衰減器上的衰減增加直到數(shù)據(jù)路徑信號有效地與信號處理器斷開，搜索路徑上的衰減器的衰減減小到預定的最小量。在這一點上，搜索路徑和數(shù)據(jù)路徑具有相反的角色，原搜索路徑現(xiàn)在是新數(shù)據(jù)路徑。而新搜索路徑繼續(xù)搜索更好的信號。
附圖概述本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點將通過下面結(jié)合附圖的詳細描述變得更明顯，圖中，相同的參照數(shù)字表示相似的單元。此外，參照數(shù)字最左面的數(shù)字與首次出現(xiàn)該參考數(shù)字的圖一致。


圖1是示出了一般的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
圖2A和圖2B示出了適用于實現(xiàn)本發(fā)明的一個實施例的典型的單個接收器系統(tǒng)。
圖3是適用于實現(xiàn)本發(fā)明的雙接收機解決方案的典型接收機系統(tǒng)的電路框圖。
圖4是適用于實現(xiàn)本發(fā)明的時間延時搜索器解決方案的典型接收機系統(tǒng)的電路框圖。
圖5示出了適用于實現(xiàn)具有衰減的時間延時的典型接收機系統(tǒng)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例的接收機系統(tǒng)的操作方法的流程圖。
本發(fā)明的實施方式I.介紹本發(fā)明是一種在軌道運行衛(wèi)星通信系統(tǒng)(例如低地軌道(LEO)衛(wèi)星通信系統(tǒng))中選擇和組合多副天線接收到的衛(wèi)星通信信號的系統(tǒng)和方法。對于相關技術領域的熟練人員來說是明顯的，本發(fā)明的原理可以應用于非軌道運行的衛(wèi)星的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的原理也可以應用于無線地面通信系統(tǒng)中，在該地面通信系統(tǒng)中，用戶終端接收多個源的信號，信號的強度處于運動或變化。
下面詳細地討論本發(fā)明的較佳實施例。雖然討論了特定的步驟、構(gòu)造和布置，但是應當理解，這樣做僅是為了圖示目的。相關技術領域的熟練人員將認識到，不脫離本發(fā)明的精神和范圍也可以使用其它步驟、構(gòu)造和布置。
II.一般衛(wèi)星通信系統(tǒng)圖1示出了利用衛(wèi)星和匯接局或基站的一般無線通信系統(tǒng)100。在一較佳實施例中，通信系統(tǒng)100是CDMA擴展頻譜通信系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)100包含一個或多個匯接局102、衛(wèi)星1-4和用戶終端106。用戶終端106每個都具有或包含無線通信設備，例如無線電話，但并不限于這一設備，也可以使用數(shù)據(jù)傳送設備(例如便攜式計算機、個人數(shù)據(jù)助理、調(diào)制解調(diào)器)。用戶終端106一般是三種類型固定用戶終端106A、它一般以固定的結(jié)構(gòu)安裝；移動用戶終端106B，它一般安裝在汽車上；便攜式用戶終端106C，它一般是手持的。用戶終端有時也稱為用戶單元、移動站或者在一些通信系統(tǒng)中簡稱為“用戶”或“定戶”，這些都根據(jù)習慣。
匯接局102(這里為102A)也稱為基站、集線器或各種系統(tǒng)中的固定站，它通過衛(wèi)星104A和/或104B與用戶終端106通信。通常，使用多個在不同軌道平面(例如低地軌道(LEO)，但并不限于此)上運行的衛(wèi)星。然而，本技術領域的熟練人員容易理解，本發(fā)明如何可以應用于各種衛(wèi)星系統(tǒng)、匯接局或基站結(jié)構(gòu)?；?02B(也稱為蜂窩站或站)可以在一些系統(tǒng)中用來與用戶終端106直接通信。匯接局和基站也可以與提供全系統(tǒng)控制或信息的一個或多個系統(tǒng)控制器相連接，系統(tǒng)控制器把它們連接到公共交換電話網(wǎng)(PSTN)上。
每個用戶終端106使用一副或多副天線，進行信號發(fā)送的接收。在一較佳實施例中，固定用戶終端106A使用一組天線，也稱為天線“場”，每副天線覆蓋天空中獨立的部分。也就是說，每副天線的輻射圖形被優(yōu)化成覆蓋天空或衛(wèi)星軌道的指定區(qū)域。在一較佳實施例中，該天線組包括四副接插天線，每副天線覆蓋的方位角為90°從預定本地地平面起仰角大約為20°-90°，一個四向天線覆蓋方位角360°而仰角大約為0°至25°。在另一個實施例中，開支許可，則移動用戶終端106B和便攜式用戶終端106C可以使用多副天線，雖然由于通常所需要的體積和資源而不大這樣使用。
當衛(wèi)星經(jīng)過天空時，它運行經(jīng)過該組天線中一個以上的天線的覆蓋區(qū)域。為了滿足高G/T的要求，并使接收信號質(zhì)量最優(yōu)，固定用戶終端106A應當確定多副天線中哪副天線在指定的瞬時接收到的衛(wèi)星信號的質(zhì)量最好。然后，把該天線用于與該衛(wèi)星的通信鏈路。本發(fā)明提供了對這一問題的幾種解決方案。
為了圖示說明，本發(fā)明以衛(wèi)星通信系統(tǒng)的術語來描述。如上所述，本發(fā)明也可以應用于其它類型的通信系統(tǒng)，在閱讀了本描述之后，這對于相關技術領域的熟練人員來說是明顯的。
III.單個智能接收機圖2A示出了適用于實現(xiàn)本發(fā)明一個實施例的典型單個接收系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括多副天線202A至202N，開關或開關裝置204把它有選擇地耦合到單個信號路徑250上。信號路徑250包括放大級(較佳地為低噪聲放大器(LNA))206、混頻器208、帶通濾波器210、自動增益控制(AGC)放大器212和基帶電路214。在一較佳實施例中，基帶電路214一般被實施成專用集成電路。信號路徑250被耦合到信號理器216上。在一較佳實施例中，信號處理器216被實現(xiàn)成專用集成電路。信號處理器216也耦合到控制處理器220上，接著由一條或多條控制線240耦合到開關204上。在另一實施例中，控制處理器220被加入到信號處理器216內(nèi)。本技術領域的熟練人員容易理解，信號處理器216和控制處理器220是可以在用戶終端中使用的各種已知信號處理電路中實現(xiàn)的單元。
在操作時，控制處理器220選擇特定天線202，并通過操控開關204把該天線耦合到信號路徑上。然后由LNA206放大被選擇的天線接收到的信號。再把經(jīng)放大的信號饋送給混頻器208，與本地振蕩器(未圖示)提供的信號組合，以把信號頻率從射頻(RF)減小到所要的已知中頻(IF)上。IF信號通過濾波器210，濾波器210對IF信號進行濾波，并傳送給AGC放大器212。在本發(fā)明的一個實施例中，使用帶通表面塊波(SAW)類濾波器來實現(xiàn)濾波器210。濾波器210可以提供與頻率變化基本上是線性的相位變化。
AGC放大器212調(diào)整IF信號的電壓范圍，以與基帶電路214的輸入電壓范圍匹配。在一較佳實施例中，信號處理器216確定AGC放大器212要加的適當?shù)脑鲆骐娖?，利用控制線242把該增益電平指定給AGC放大器212。在另一實施例中，這種確定和指定是由控制處理器220來實現(xiàn)的。在另一個實施例中，要加的增益電平是部分或全部基于匯接局102提供的信息，例如功率控制反饋信息。在一較佳實施例中，在控制線242上提供的信號是脈沖密度調(diào)制(PDM)信號。在另一實施例中，在控制線242上提供的信號是幅度可變的模擬信號。其它變量也可以不脫離本發(fā)明的精神和范圍，這點對于相關技術的熟練人員來說是明顯的。
基本電路214可以包括下變頻器，以把IF信號的頻率減小到基帶?；鶐щ娐?14也包括模-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，以把模擬基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再饋送給信號處理器216。信號處理器216利用本技術領域已知的電路單元對數(shù)字信號進行去擴展和解調(diào)，提供糾錯等。信號處理器216的輸出信號218是數(shù)字數(shù)據(jù)信號。輸出信號218可以饋送給聲碼器等，進行進一步處理，這點對于相關技術領域的熟練人員來說是明白的。把信號處理器216耦合到控制處理器220上，控制處理器220利用控制線240上的信號操控開關204，選擇不同的天線202。
在圖2B中描述了接收機系統(tǒng)200的另一個實施例。在圖2B中，開關204被可開合的LNA222A至222N代替。在該實施例中，控制處理器220利用一條或多條控制線240操控可開合的LNA222，選擇天線202。在一個實施例中，除去加到可開合的LNA222上的電源使可開合的LNA222轉(zhuǎn)換到“打開”，從而不提供輸出信號。可以在通常傳送RF信號所用的相同的同軸電纜線上提供DC電源，或者使用多種已知的技術之一。在另一個實施例中，由輸出級224(224A-224N)把每個可開合的LNA222耦合到LNA206上，圖中以虛線示出。一般利用內(nèi)部電子開關元件使輸出級224“斷開”，或者使其輸入斷開，以中斷傳送信號。
接收機系統(tǒng)200可以被用來實施本發(fā)明的智能單接收機解決方案。在操作時，接收機系統(tǒng)200使用空閑時間和/或備用容量，監(jiān)視天空中在它們的軌道上的衛(wèi)星104的通過。在較佳實施例中，當通信信道未被用于通信時，實現(xiàn)備用容量。因為這些通過是有規(guī)律的，所以接收機系統(tǒng)200“學習”了衛(wèi)星時間表。利用這一信息，接收機系統(tǒng)200構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(未圖示)，詳述衛(wèi)星的時間表和在天線202視野上的它們的通過。基于該信息，接收機系統(tǒng)200選擇期望在特定時間上從特定衛(wèi)星104接收到的信號最佳的天線。在一個實施例中，在安裝之前，向固定用戶終端106A提供部分或全部衛(wèi)星時間表信息，通過上述的“學習”處理精加工該信息。
一旦接收機系統(tǒng)200學習了衛(wèi)星時間表，控制處理器220就在適當時間激活適當?shù)奶炀€，從衛(wèi)星獲得最佳的信號。然而，天線覆蓋圖形、天線阻塞、衛(wèi)星軌道等的變化可以強制使接收機系統(tǒng)200“重新學習”衛(wèi)星時間表。如本技術領域的熟練人員所明白的，控制處理器220可以使用各種已知的存儲元件或裝置230，例如RAM來存儲學得的或事先已知的衛(wèi)星時間表。
IV.雙接收機另一種解決方案是使用包括兩個或多個完全信號路徑和兩個信號處理器的接收機系統(tǒng)。在該實施例中，控制處理器把信號處理器的輸出信號進行比較，使用質(zhì)量最佳的信號。
圖3是適用于實現(xiàn)本發(fā)明的雙接收機方案的典型接收系統(tǒng)300的框圖。為方便起見。圖3僅示出了兩條信號路徑250A和250B。當然，可以使用兩條以上的信號路徑，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，這點對于相關技術領域的熟練人員來說在閱讀了該描述之后將是明顯的。
再參照圖3，信號路徑250A包括LNA206A、混頻器208A、帶通濾波器210A、AGC放大器212A和基帶電路214A。信號路徑250A由開關或開關裝置204A耦合到多副天線202A-202N之一上。同樣，信號路徑250B包括LNA206B、混頻器208B、帶通濾波器210B、AGC放大器212B和基帶電路214B。信號路徑250B通過開關204B耦合到天線202A-202N之一上。每個信號處理器216耦合到控制處理器220上。
如已知的一樣，開關204A和204B可以形成單個開關裝置，被構(gòu)置成在任意指定的時間上把多路輸入連接到獨立的輸出上。利用一條或多條控制線240(240A，240B)選擇搜索路徑使用的天線(204A-204N)。通常，獨立控制線240(240A，240B)用于每個開關裝置204，除非以一些已知的形式多路復用控制命令。
在操作時，每條信號路徑250假定為兩個角色中不同的一個，它們被標記為數(shù)據(jù)路徑和搜索路徑。當被稱為數(shù)據(jù)路徑的信號路徑之一接收天線202(202A-202N)的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳送給信號處理器216，例如216A時，稱為搜索路徑的另一信號路徑接收另一天線202的信號，并把它傳送給另一信號處理器216，例如216B。即，控制處理器220不斷的監(jiān)視信號處理器216(216A，216B)，即連接到數(shù)據(jù)路徑的信號處理器和連接到搜索路徑的信號處理器的輸出。
在一較佳實施例中，通過測量每個碼片相對于背景噪聲電平的能量來確定信號質(zhì)量，稱為比率EC/IO。在一具有兩個以上的信號路徑的實施例中，把一條信號路徑用作數(shù)據(jù)路徑，其它信號路徑用作搜索路徑。當然，信號處理器或控制器也可以使用其它測量信號質(zhì)量的方法，例如使用位出錯率、校驗和等，這些測量方法并不脫離本發(fā)明的精神和范圍，這點對于相關技術領域的熟練人員來說是明白的。
開始時，由控制處理器220把一條信號路徑選擇成數(shù)據(jù)路徑。提供輸出信號218。當搜索路徑找到了接收信號質(zhì)量比數(shù)據(jù)路徑上的信號更高的天線，控制處理器220就選擇該搜索路徑作為新的數(shù)據(jù)路徑，提供輸出信號218，把原數(shù)據(jù)路徑選擇成搜索路徑。因此，該搜索路徑用來繼續(xù)搜索提供的信號質(zhì)量比數(shù)據(jù)路徑上正在處理的信號更高的天線。在一個實施例中，當搜索路徑找到更高質(zhì)量的信號時，則數(shù)據(jù)路徑和搜索路徑交換角色。在另一個實施例中，在數(shù)據(jù)路徑和搜索路徑交換角色之前，評估部分或全部天線。雙接收解決方案提供了較高的性能度，因為搜索和信號路徑是完全獨立的。
V.延時搜索器把公共點(即，兩個信號路徑交叉點)移到靠近天線更近可以實現(xiàn)低成本的解決方案。然后以RF組合這些信號。當在信號處理器的上游(比信號處理器更靠近天線)組合這些信號時，信號處理器必須設置有區(qū)分組合信號的方法。有一種議案，這里作為延時搜索器解決方案。在延時搜索器解決方案中，把延時引入到一條或兩條信號路徑中，這樣，在組合信號之后，根據(jù)信號延時可以區(qū)分一副天線的信號與另一副天線的信號。雖然接收機可以容易地區(qū)分開利用不同PN擴展碼的不同信號，但是從同一源(相同PN碼)經(jīng)過多條路徑到達的多種形式的信號一般是不能被區(qū)分的，除非在它們之間達到最小的相對延時。
圖4是適于實現(xiàn)本發(fā)明的延時搜索器解決方案的典型接收機系統(tǒng)400的電路框圖。在接收系統(tǒng)400中，開關204A和204B分別有選擇地把天線202A-202N耦合到兩條信號路徑450A和450B上。接著，組合器430把信號路徑450A和450B耦合到AGC放大器212、基帶電路214、信號處理器216上。信號處理器216被耦合到控制處理器220上，控制處理器220通過一條或多條控制線240A和240B控制開關204。信號路徑450A包括LNA206A、混頻器208和帶通濾波器410A。同樣，信號路徑450B包括LNA206B、混頻器208和帶通濾波器410B。
在較佳實施例中，每個帶通濾波器410(410A，410B)包括信號延時單元(如圖4所示)。在另一個實施例中，信號延時可以被實施成獨立的單元，這點對于相關技術領域的熟練人員來說是明白的。在又一個實施例中，每副天線202A-202N具有與天線的輸出相關聯(lián)的延時元件412(412A-412N)，這里用虛線圖示。這些延時元件中每個都具有與單副天線相關聯(lián)的預選延時值。可以根據(jù)期望的信號參數(shù)，在設計天線組時選擇延時。然而，通常這要花更多的代價來實施。
組合器430在AGC放大器212的上游組合這些被延時的信號。由于在這點上進行信號組合，僅需要一個AGC放大器和一個信號處理器216就可以支持兩條信號路徑，節(jié)約了費用、減少了復雜性，提高了可靠性。
為了適應擴展頻譜通信信號，信號處理器216包括瑞克接收機，它能區(qū)分來自相同的源所接收到的但具有不同信號延時的信號的兩種形式。用于分集接收的瑞克接收機是熟知的，在于1992年4月28日授予的、名稱為“CDMA蜂窩電話系統(tǒng)中的分集接收機”的美國專利No.5,109,390中揭示了這種瑞克接收機，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，援引于此，以作參考。
在本發(fā)明的較佳實施例中，在搜索路徑和數(shù)據(jù)路徑之間引入的相對信號延時被選擇成大于擴展信號時所用的PN碼的一個碼片時間。延時的寬范圍是可能的，但是用檢測和與擴展頻譜信號同步所用的典型信號和搜索接收機進行測試時，延時范圍在1.0至1.8微秒明顯地工作得最好。使用1.22M數(shù)量級的PN擴展碼碼片速率。相對延時1.5微秒對于在這種測試時所用的搜索/數(shù)據(jù)路徑來說是較佳的。
如上所述，本發(fā)明的延時搜索解決方案具有顯著的優(yōu)點。然而，由于搜索路徑總是耦合到信號處理器216上，所以搜索路徑上的信號將對接收機系統(tǒng)400的性能產(chǎn)生負面影響。
VI.具有衰減的延時搜索器改進接收機系統(tǒng)的性能的一種途徑是在搜索操作期間把搜索路徑與數(shù)據(jù)路徑斷開。斷開信號路徑的一種方法是使用信號衰減器。
圖5示出了適用于實現(xiàn)本發(fā)明的具有衰減的延時搜索器方案的典型接收機系統(tǒng)500。在接收系統(tǒng)500中，開關204A和204B分別把天線202有選擇地耦合到信號路徑550A和550B上。接著，組合器430把信號路徑550A和550B耦合到AGC放大器212、基帶電路214和信號處理器216上。信號處理器216被耦合到控制處理器220上，控制處理器220通過一條或多條控制線240(240A，240B)控制開關204。信號路徑550A包括LNA206A、混頻器208A和帶通濾波器410A。同樣，信號路徑550B包括LNA206B、混頻器208B和帶通濾波器410B。
在較佳實施例中，每個帶通濾波器410(410A，410B)包括信號延時單元(如圖5所示)。如相關技術領域的熟練人員所明白的，信號延時可以實施成獨立的單元。在一較佳實施例中，每條信號路徑還包括可變衰減器526(VA)。每個可變衰減器526可以被構(gòu)置成并被稱為電壓可變衰減器(VVA)。控制處理器220通過一條或多條控制線540(在這里為540A和540B)控制每個可變衰減器526(526A，526B)。可變衰減器526A和526B用于有選擇地從信號處理器216耦合和斷開信號路徑。由于搜索路徑可以從信號處理器216上斷開，所以接收系統(tǒng)500的性能顯著改善。
當僅使用單個衰減器(VA/VVA)或以已知的方式多路復用控制命令，以便連接到公共控制線或總線上的每個VVA(526A，526B)可檢測各個衰減器控制命令時，可以使用單條控制線540。如下將討論的，可以在實現(xiàn)另外的信號路徑上使用另外的衰減器或VVA。
在較佳實施例中，衰減變化率保持在低于預定的最大速率上。這樣做是為了防止影響系統(tǒng)的其它功能和操作特征，例如功率控制，這點對于相關技術領域的熟練人員來說是明白的。
使用可變衰減器526A和526B也可以使接收機系統(tǒng)500對加到信號處理器216上的兩條信號路徑上呈現(xiàn)的信號進行加權。如下所述，這種均等化可以使信號處理器216對于公共基線進行質(zhì)量測量。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的接收機系統(tǒng)500的操作方法的流程圖。在描述該操作方法之前，首先描述接收機系統(tǒng)500的初始條件情況。開始時，作為數(shù)據(jù)路徑的信號路徑通過開關204耦合到天線202上，并通過將其可變衰減器526設置到預定最小的衰減量上而耦合到信號處理器216上。作為搜索路徑的另一條信號路徑通過開關204開始時與天線202斷開，并通過將其衰減器526設置到預定最大衰減量而與信號處理器216斷開。
參照圖5，假設信號路徑550A最初起數(shù)據(jù)路徑的作用，信號路徑550B最初起搜索路徑的作用。作為數(shù)據(jù)路徑，開關204A把信號路徑550A耦合到天線202A上，并通過將衰減器516A設置到預定最小衰減電平而與信號處理器216耦合。作為搜索路徑，信號路徑550B耦合到另一天線202A上，盡管它可能與任何天線斷開，并通過將衰減器516B設置到預定最大衰減電平而與信號處理器216斷開，也如步驟602所示。
為了開始搜索，控制處理器220指令開關204B把搜索路徑耦合到除了被耦合到數(shù)據(jù)路徑上的天線之外的天線上，如步驟604所示。通常，根據(jù)所學的或期望的衛(wèi)星時間表，這是一個被期望在一些預定時間上具有改善的信號的天線。然后控制處理器220指令搜索路徑衰減器526B逐步減少搜索路徑上的衰減量，直到搜索路徑上的噪聲功率電平基本上與數(shù)據(jù)路徑上的噪聲功率電平相等，如步驟606所示。
在已知的噪聲背景占支配地位的擴展頻譜系統(tǒng)中，例如，CDMA擴展頻譜型衛(wèi)星通信信號中，噪聲功率電平一般超過信號功率電平。因此，這種加權步驟為信號處理器216提供了公共基線，以便可以評估數(shù)據(jù)路徑和搜索路徑的信號的相對質(zhì)量。
在較佳實施例中，接收機系統(tǒng)500監(jiān)視由AGC放大器212所加的增益電平的變化，確定數(shù)據(jù)路徑和搜索路徑上的噪聲功率電平是基本上相等。這種方案對于噪聲背景與接收信號功率相比占支配地位的系統(tǒng)來說是較佳的。在具有較高信噪比的系統(tǒng)中，也可以使用其它已知的技術來檢測搜索路徑和數(shù)據(jù)信號路徑上接收到的信號的相對信號強度。
當搜索路徑信號的噪聲功率電平到達數(shù)據(jù)路徑信號的噪聲功率電平時，則AGC放大器212接收到的輸入功率是僅從數(shù)據(jù)路徑接收到的輸入功率的兩倍。AGC放大器212通過將加到信號上的增益減少3dB作為響應。因此，當控制處理器220觀察到加到AGC放大器212上的增益下降了3bB時，則確定數(shù)據(jù)路徑和搜索路徑的噪聲功率電平基本上相等。
在這種技術中，一是看與檢測的功率成反比的放大器級的增益的變化。在該搜索或檢測方案中，檢測信號功率增加3dB的任何手段都可以使用。在一較佳實施例中，由控制處理器220觀察在控制線242上發(fā)送給AGC放大器212的增益控制信號的值，確定AGC放大器212所加的增益電平的變化。模擬型控制信號的幅度或PDM控制信號中使用的每個周期的脈沖數(shù)都可以用來檢測放大器的增益變化量，作為AGC控制環(huán)的一部分。因此，對控制線242或提供給控制線的命令的觀察指示了3dB變化發(fā)生的時間。該信息顯然地可以用于控制處理器220。
在該點上，信號處理器216評估在搜索路徑上的信號的質(zhì)量(即通過耦合到搜索路徑的天線接收到的信號)，如步驟608所示。在較佳實施例中，通過測量每個碼片比EC/IO的能量來確定信號質(zhì)量。在一較佳實施例中，把信號質(zhì)量的測量值存儲在存儲元件、設備或存儲裝置530中，例如RAM電路(未圖示)，以便以后與其它信號質(zhì)量測量值作比較。接收機系統(tǒng)500對所有余下的天線重復該相同的處理過程，除了連接到數(shù)據(jù)路徑上的天線(當前的天線202A)，如步驟610所示。一旦評估了所有天線202的信號，控制處理器220就選擇找到的最高質(zhì)量的信號，并把其質(zhì)量與數(shù)據(jù)路徑信號的質(zhì)量相比較，如步驟612所示。如果沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量高于數(shù)據(jù)路徑信號的信號，則重復對天線的評估，如步驟604的箭頭所示。
然而，如果發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最高的信號的質(zhì)量超過數(shù)據(jù)路徑信號的質(zhì)量，則數(shù)據(jù)路徑和搜索路徑交換(即，信號路徑550A與信號路徑550B交換角色)。如步驟614所示，把被發(fā)現(xiàn)接收最高質(zhì)量信號的天線耦合到搜索路徑(當前信號路徑550B)上。然后把加到搜索路徑上的衰減減小到預定的最小值上，有效地把搜索路徑耦合到信號處理器上，如步驟616所示。然后，如步驟618所示，把加到數(shù)據(jù)路徑(當前信號路徑550A)上的衰減增加到預定的最大值上，因此，有效地把數(shù)據(jù)路徑與信號處理器216斷開。因此，平滑地反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)路徑與搜索路徑的作用，而不會對信號質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。
然后只要希望，就可以繼續(xù)搜索。通常只要使用天線的無線裝置是有效的(通信或?qū)ず?，并且要檢測其它信號和有潛在的使用，則就進行搜索。搜索一般通過使無線裝置無效(掛起或不能建立呼叫)而中斷，或者確定在一定時間周期上沒有更好的信號可使用而中斷。通信系統(tǒng)技術領域的熟練人員是了解中斷搜索所用的準則的。
較佳實施例的前述描述可以使本技術領域的熟練人員制造或使用本發(fā)明。雖然參照其較佳實施例圖示和描述了本發(fā)明，但是本技術領域的熟練人員應當理解，對其可以作各種形式和細節(jié)上的各種變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種選擇天線的方法，用于具有發(fā)送信號的衛(wèi)星和具有多副天線的用戶終端的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，多副天線中每副天線可以有選擇地耦合到多個信號路徑之一上，信號路徑耦合到信號處理器上，信號路徑中的第一信號路徑開始在多副天線的第一副天線上接收信號，并開始時把預定的最小衰減量加到該信號上，這種選擇這些天線的方法，包含下列步驟把預定最大衰減電平加到所述信號路徑的第二信號路徑上；把多副天線的第二副天線耦合到所述第二信號路徑上；減小加到所述第二信號路徑上的衰減電平，直到所述第二信號路徑上的噪聲功率電平基本上與第一信號路徑上的噪聲電平相等；以及當多副天線中的所述第二副天線從衛(wèi)星接收到的信號質(zhì)量超過多副天線中所述第一副天線從衛(wèi)星接收到的信號的質(zhì)量時，把所述預定最大衰減量加到所述第一信號路徑上，把預定最小衰減量加到所述第二信號路徑上。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含下列步驟把多副天線中所述第二副天線從衛(wèi)星接收到的信號延時預定的信號延時；以及根據(jù)所述預定的信號延時區(qū)分多副天線中所述第一副天線從衛(wèi)星接收到的信號與多副天線中所述第二副天線接收到的信號。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含這一步驟，確定所述多副天線中所述第二副天線從衛(wèi)星接收到的信號質(zhì)量與多副天線中所述第一副天線從衛(wèi)星接收到的信號質(zhì)量。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含這一步驟根據(jù)信噪比確定多副天線中所述第二副天線從衛(wèi)星接收到的信號的質(zhì)量與多副天線中所述第一副天線從衛(wèi)星接收到的信號質(zhì)量。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收到的信號包含碼片，所述信噪比根據(jù)接收到的信號的每個碼片的能量相對于信號噪聲來確定。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含下列步驟在所述第一和第二信號路徑與所述信號處理器之間加入自動增益控制(AGC)操作；以及監(jiān)視所述AGC操作所加的增益電平。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述減小步驟還包含這一步驟確定何時所述AGC所加的增益電平下降了預定量的時間。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述預定量為3dB。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包含下列步驟對于每個其它天線，把多副天線中至少一第三副天線從衛(wèi)星接收到的信號延時另一預定信號延時；以及根據(jù)所述預定信號延時，區(qū)分多副天線中所述第一副、第二副和第三副以及更多副天線從衛(wèi)星接收到的信號。
全文摘要
一種從多副天線中選擇和組合衛(wèi)星通信信號的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)至少包括兩條信號路徑(550A，550B)，每條信號路徑耦合到一個獨立的天線(202A－202N)上，還包括組合器(430)，組合兩條路徑來的信號，由信號處理器(216)處理。兩條路徑(550A，550B)中至少一條路徑包括信號延時單元(410A－410B)。信號處理器(216)可以根據(jù)信號延時單元(410A，410B)產(chǎn)生的信號延時區(qū)分天線(202A－202N)之一從源接收到的信號與另一天線從源接收到的信號。每條信號路徑(550)包括可變衰減器(526)，有選擇地把每條信號路徑(550)耦合到信號處理器(216)上。信號處理器(216)確定沿信號路徑(550)接收到的信號的質(zhì)量，把與信號質(zhì)量有關的數(shù)據(jù)提供給控制處理器(220)，控制處理器(220)操控衰減器把信號質(zhì)量最高的信號路徑(550)耦合到信號處理器(216)上。
文檔編號H04B7/08GK1516358SQ0314067
公開日2004年7月28日 申請日期1998年5月13日 優(yōu)先權日1997年5月13日
發(fā)明者G·格拉納他, G 格拉納他, J·H·湯普生, 湯普生 申請人:夸爾柯姆股份有限公司